EVAL - 2LCANRS485EBZ評估板：雙現(xiàn)場總線端口的設(shè)計與應(yīng)用

在電子工程師的日常工作中，設(shè)計出滿足特定需求且性能優(yōu)良的電路是一項重要任務(wù)。今天，我們來深入探討EVAL - 2LCANRS485EBZ評估板，它在雙現(xiàn)場總線端口設(shè)計方面有著獨特的優(yōu)勢。

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評估板概述

EVAL - 2LCANRS485EBZ評估板基于ADI的iCoupler?技術(shù)，集成了ADM3053和ADM2582E兩款收發(fā)器。ADM3053是信號和電源隔離的CAN收發(fā)器，而ADM2582E則是信號和電源隔離的全/半雙工RS - 485收發(fā)器。這款評估板采用2層PCB設(shè)計，具有低輻射發(fā)射的特點，并且通過了EN 55032 Class A標(biāo)準(zhǔn)。

評估板硬件特性

供電方式

評估板上ADM3053的(VCC)和(V{IO})引腳以及ADM2582E的(VCC)引腳需要外部電源供電。既可以通過板上ADP7104（U3）低 dropout（LDO）穩(wěn)壓器的固定5V輸出供電，LDO輸入電源需要在端子P1的1引腳提供6V - 9V的電源電壓；也可以通過端子P1的3引腳直接提供標(biāo)稱5V電源。當(dāng)需要直接為(VCC)和(V{IO})引腳供電時，由于ADP7104輸出引腳具有反向電流保護，無需對評估板進行修改。如果要與非標(biāo)稱5V的邏輯電平接口，需要對評估板進行修改，根據(jù)具體電源方案移除部分或全部R1、R3和R5電阻。

信號路由

在板內(nèi)路由邏輯側(cè)輸入和輸出信號時，可以使用P3、P4、P5和P6螺絲端子連接器。默認(rèn)配置為與信號和電源隔離收發(fā)器之間的5V輸入和輸出邏輯電平。評估板也可以修改為其他邏輯電平，具體可參考ADM3053和ADM2582E收發(fā)器的數(shù)據(jù)手冊。此外，評估板還提供了總線側(cè)螺絲端子，用于將現(xiàn)場總線信號引出板外。ADM3053 CAN收發(fā)器的連接路由到P9螺絲端子（1引腳和2引腳），ADM2582E RS - 485收發(fā)器的連接路由到P7螺絲端子（2引腳和3引腳）和P8螺絲端子（1引腳和2引腳）。

旁路電容要求

ADM3053和ADM2582E中的隔離式直流 - 直流轉(zhuǎn)換器使用180 MHz載波頻率通過芯片級變壓器傳輸隔離電源。為了抑制噪聲和減少紋波，需要在多個工作頻率下使用旁路電容。在總線側(cè)隔離電源引腳和隔離電源返回引腳附近直接連接至少兩個電容的并聯(lián)組合是非常有效的。推薦的隔離電源輸出電容值為0.1 μF和10 μF，直流 - 直流轉(zhuǎn)換器輸入電源引腳的推薦電容值同樣為0.1 μF和10 μF。較小的電容必須具有低等效串聯(lián)電阻（ESR），并且電容與相應(yīng)輸入電源引腳之間的總引線長度應(yīng)小于2 mm，以確保其有效性。在邏輯側(cè)，旁路電容必須直接放置在直流 - 直流轉(zhuǎn)換器電源輸入和返回引腳附近。

EMC緩解技術(shù)

隔離設(shè)計

ADM3053和ADM2582E都采用了分裂總線側(cè)引線框架焊盤的設(shè)計。在邏輯側(cè)，直流 - 直流轉(zhuǎn)換器和數(shù)字隔離共享一個焊盤；而在總線側(cè)，隔離電源和隔離信號路徑相互電隔離。隔離電源輸出必須外部路由到信號隔離輸入電源引腳，這種設(shè)計結(jié)合外部組件可以降低電磁輻射水平。

鐵氧體磁珠

在總線側(cè)隔離電源輸出引腳和收發(fā)器輸入電源引腳之間插入串聯(lián)鐵氧體磁珠，增加對高頻電流的阻抗，是一種有效的電磁輻射緩解技術(shù)。鐵氧體磁珠在100 MHz至1 GHz頻率范圍內(nèi)的阻抗約為1.8 kΩ，可降低180 MHz主開關(guān)頻率、360 MHz次級側(cè)整流頻率及其諧波的輻射。文中推薦了Taiyo Yuden的BKH1005LM182 - T和Murata Electronics的BLM15HD182SN1這兩款鐵氧體磁珠。

低阻抗返回路徑

為直流 - 直流轉(zhuǎn)換器發(fā)出的高頻共模電流提供低阻抗返回路徑也是一種EMC緩解技術(shù)。EVAL - 2LCANRS485EBZ上的安全電容C14和C15就起到了在保持所需隔離水平的同時創(chuàng)建返回路徑的作用。在四層或更多層的PCB中，安全電容可以用由PCB內(nèi)層構(gòu)成的縫合電容替代或補充。不過，電容耦合邏輯側(cè)和總線側(cè)雖然通常適用于工業(yè)應(yīng)用，但對于一些對泄漏電流要求嚴(yán)格的應(yīng)用（如醫(yī)療應(yīng)用）可能并不適用。此外，為了避免未濾波輸出的電容耦合，需要在直流 - 直流轉(zhuǎn)換器輸出電源引腳、鐵氧體磁珠和低阻抗返回路徑周圍設(shè)置金屬禁入?yún)^(qū)域。

替代PCB配置

EVAL - 2LCANRS485EBZ默認(rèn)配置為一個ADM3053（U1）和一個ADM2582E（U2），這兩款器件引腳不完全兼容，但通過幾個0 Ω、0603電阻可以實現(xiàn)隔離信號和電源收發(fā)器的互換。評估板也可以配置為兩個ADM3053器件或兩個ADM2582E器件。

輻射發(fā)射測試結(jié)果

EVAL - 2LCANRS485EBZ的電源傳輸電路布局使得ADP7104（U3）穩(wěn)壓器輸出到隔離信號和電源收發(fā)器電源輸入的走線較短，從而最小化了高頻電流可以流動的環(huán)路面積。測試使用了短引線的電池，評估板通過了EN 55022 Class A標(biāo)準(zhǔn)，并且有一定的余量。測試結(jié)果表明，在使用鐵氧體磁珠的情況下，ADM3053在2層PCB上的輻射低于EN 55032 Class A限制6.0 dB以上。

總結(jié)

EVAL - 2LCANRS485EBZ評估板為電子工程師提供了一個優(yōu)秀的雙現(xiàn)場總線端口設(shè)計解決方案。其合理的供電設(shè)計、有效的信號路由、嚴(yán)格的旁路電容要求以及多種EMC緩解技術(shù)，都為設(shè)計高性能、低輻射的電路提供了有力支持。在實際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求對評估板進行靈活配置和修改。大家在使用這款評估板的過程中，有沒有遇到什么獨特的問題或者有什么創(chuàng)新的應(yīng)用思路呢？歡迎在評論區(qū)分享。